直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組頻率穿越方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及風(fēng)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組頻率穿越方法和裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著風(fēng)電裝機容量的增加，尤其是風(fēng)電的大規(guī)模集中接入電網(wǎng)，極大改變了風(fēng)電 在電力系統(tǒng)中的作用和地位。風(fēng)電與電網(wǎng)的相互影響已變得不容忽略，在電網(wǎng)故障情況下 的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的響應(yīng)特性及其對電網(wǎng)的影響更是不可忽視。
[0003] 在實際電力系統(tǒng)運行實踐中，電網(wǎng)故障會導(dǎo)致風(fēng)電場并網(wǎng)點電壓和頻率發(fā)生變 化。其中，針對頻率的變化的影響存在如下兩種情況：
[0004] 在電力系統(tǒng)運行過程中，若某一個大電源突然退出運行，則會導(dǎo)致電網(wǎng)頻率的急 劇下降;若某一個大負荷突然退出運行，則會導(dǎo)致電網(wǎng)頻率的急劇上升。
[0005] 對于直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組(簡稱"風(fēng)電機組"）而言，因變槳系統(tǒng)只在風(fēng)速大于額定風(fēng) 速時才開始工作（用于葉輪轉(zhuǎn)速和輸出功率的限制），因此直驅(qū)風(fēng)電機組的變槳系統(tǒng)很難在 電網(wǎng)頻率突然異常時向電網(wǎng)提供有力的有功功率支撐。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明的實施例提供一種風(fēng)力發(fā)電機組頻率穿越方法和裝置，以實現(xiàn)在電網(wǎng)頻率 出現(xiàn)異常時，控制風(fēng)電機組向電網(wǎng)提供有力的有功功率支撐，完成風(fēng)電機組的頻率穿越過 程。
[0007] 為達到上述目的，本發(fā)明的實施例提供了一種直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組頻率穿越方法， 包括:實時檢測電網(wǎng)的頻率;若所述電網(wǎng)的頻率超出頻率控制死區(qū)的上、下限閾值，則控制 設(shè)置在直流母線上的儲能模塊進行充放電來調(diào)整所述逆變器輸出至電網(wǎng)的有功功率，使電 網(wǎng)的頻率回歸預(yù)定頻率范圍。
[0008] 本發(fā)明的實施例還提供了一種直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組頻率穿越裝置，包括:控制器和 設(shè)置在直流母線上的儲能模塊，所述控制器包括:頻率檢測模塊，用于實時檢測電網(wǎng)的頻 率;頻率調(diào)節(jié)模塊，用于若所述電網(wǎng)的頻率超出頻率控制死區(qū)的上、下限閾值，則控制設(shè)置 在直流母線上的儲能模塊進行充放電來調(diào)整所述逆變器輸出至電網(wǎng)的有功功率，使電網(wǎng)的 頻率回歸預(yù)定頻率范圍。
[0009] 本發(fā)明實施例提供的直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組頻率穿越方法和裝置，通過在直流母線上 設(shè)置儲能模塊，根據(jù)實時檢測電網(wǎng)的頻率值調(diào)整儲能模塊進行充放電從而調(diào)整逆變器輸出 至電網(wǎng)的有功功率，進而使電網(wǎng)的頻率回歸預(yù)定的正常頻率范圍。本方案不僅可以實現(xiàn)風(fēng) 電機組的頻率穿越過程，而且利用儲能模塊的充放電主動調(diào)整了風(fēng)電機組輸出至電網(wǎng)的有 功功率，對維護電網(wǎng)頻率的正常穩(wěn)定起到支撐作用。
【附圖說明】
[0010] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組主回路的拓撲結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011] 圖2為圖1中直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組主回路在頻率穿越運行期間的功率平衡關(guān)系示意 圖；
[0012] 圖3為本發(fā)明提供的包含儲能模塊的直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組主回路的拓撲結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0013] 圖4為圖3中直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組主回路在頻率穿越運行期間的功率平衡關(guān)系示意 圖；
[0014] 圖5為本發(fā)明提供的直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組頻率穿越方法一個實施例的方法流程圖；
[0015] 圖6為本發(fā)明提供的直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組頻率穿越方法另一個實施例的方法流程 圖；
[0016] 圖7為本發(fā)明提供的直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組頻率穿越方法又一個實施例的方法流程 圖；
[0017] 圖8為本發(fā)明采用的直驅(qū)風(fēng)電機組頻率穿越控制示意圖；
[0018] 圖9為本發(fā)明提供的直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組頻率穿越方法再一個實施例的方法流程 圖；
[0019] 圖10為本發(fā)明提供的針對儲能模塊進行儲能控制的方法流程圖；
[0020] 圖11為本發(fā)明提供的直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組頻率穿越裝置一個實施例的結(jié)構(gòu)框圖；
[0021] 圖12為本發(fā)明提供的直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組頻率穿越裝置另一個實施例的結(jié)構(gòu)框圖； [0022]圖13為本發(fā)明提供的充電調(diào)節(jié)單元的結(jié)構(gòu)框圖；
[0023]圖14為本發(fā)明提供的放電調(diào)節(jié)單元的結(jié)構(gòu)框圖；
[0024]圖15為本發(fā)明提供的儲能調(diào)控裝置實施例的結(jié)構(gòu)框圖。
[0025] 附圖標號說明
[0026] 11-葉輪、12-永磁同步發(fā)電機、13-整流器、14-直流側(cè)穩(wěn)壓與能耗電路、15-直流側(cè) 母線電容、16-直流側(cè)卸荷電阻、17-卸荷電阻前置IGBT模塊、18-逆變器、19-濾波電感、20-電網(wǎng)、21-輔助電源、22-儲能元件、23-IGBT控制開關(guān)、31-控制器、32-儲能模塊、311-頻率檢 測模塊、312-頻率調(diào)節(jié)模塊、33-儲能電量監(jiān)測模塊，34-儲能電量控制模塊、41-充電調(diào)節(jié)單 元、42-放電調(diào)節(jié)單元、51-第一實測功率子單元、52-第一直流電壓給定子單元、53-充電電 流給定子單元、54-充電控制脈沖信號子單元、55-充電控制子單元、61-第二實測功率子單 元、62-第二直流電壓給定子單元、63-放電電流給定子單元、64-放電控制脈沖信號子單元、 65-放電控制子單元。
【具體實施方式】
[0027] 在電力系統(tǒng)中，頻率的變化取決于電源輸出有功和負荷消耗有功的平衡度。從電 源角度而言，當(dāng)電網(wǎng)頻率降低時需要增加電源的輸出功率；當(dāng)電網(wǎng)頻率增加時需要降低電 源輸出功率。反之，從負荷角度而言，當(dāng)電網(wǎng)頻率降低時需要減少負荷；當(dāng)電網(wǎng)頻率增加時 需要增加負荷。這樣才可以保證電力系統(tǒng)以額定頻率正常連續(xù)運行。
[0028] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組主回路的拓撲結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，葉輪 11直接驅(qū)動永磁同步發(fā)電機12運行;永磁同步發(fā)電機12輸出端連接發(fā)電機側(cè)的整流器13， 整流器13、直流側(cè)穩(wěn)壓與能耗電路14(包括直流側(cè)母線電容15、直流側(cè)卸荷電阻16和卸荷電 阻前置IGBT模塊17)、電網(wǎng)側(cè)逆變器18組成了全功率變流器，逆變器18輸出端與濾波電感19 相連，濾波電感19輸出端并入電網(wǎng)20;圖1中還包括連接在電網(wǎng)側(cè)的輔助電源21。
[0029]基于圖1的風(fēng)電機組主回路結(jié)構(gòu)，圖2中示出了直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組主回路在頻率穿 越運行期間的功率平衡關(guān)系示意圖。如圖2所示，按照有功功率的流向有:發(fā)電機的輸出有 功功率Pgen =直流母線有功功率Pdc =逆變器輸出至電網(wǎng)的有功功率?#^，最終使得:Pgen = Pgrid(在忽略變流器損耗的條件下）。
[0030]本發(fā)明的最終目的是:使風(fēng)電機組能夠在異常的電網(wǎng)頻率下保持連續(xù)聯(lián)網(wǎng)運行， 且參與電網(wǎng)頻率的緊急調(diào)節(jié)，實現(xiàn)風(fēng)電機組的頻率穿越功能。
[0031]基于該目的，如圖3所示，本方案實施例在圖1所示拓撲結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在逆變器的 直流側(cè)增設(shè)了可進行充放電的儲能模塊。該儲能裝置包括儲能元件22(如超級電容)和兩個 IGBT控制開關(guān)23。IGBT控制開關(guān)23通過接收外部的控制脈沖信號控制儲能元件22進行充放 電。如圖4所示，為本方案實施例在圖3所示拓撲結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，示出的直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組主 回路在頻率穿越運行期間的功率平衡關(guān)系示意圖。相應(yīng)的，在儲能元件22進行充電時，汲取 直流母線上的電量從而減少了逆變器18輸出至電網(wǎng)的有功功率;在儲能元件22進行放電 時，向直流母線上釋放電量從而增加了逆變器18輸出至電網(wǎng)的有功功率。儲能元件22在充 放電過程中對應(yīng)的功率為Pst。。按照有功功率的流向有:發(fā)電機的輸出有功功率Pgen+功率 Pst。=逆變器輸出至電網(wǎng)的有功功率Pgrid，最終使得:Pgen+Pst。=Pgrid。具體地，當(dāng)儲能元件22 進行充電過程時Pst。取負值，當(dāng)儲能元件22進行放電過程時Pst。取正值。
[0032]本發(fā)明的基本思路是：當(dāng)電網(wǎng)頻率突變時，充分發(fā)揮以直流方式接入的儲能裝置 22,通過如超級電容的快速充放電特性，在不依賴風(fēng)況的條件下快速調(diào)節(jié)風(fēng)電機組中逆變 器輸出至電網(wǎng)的有功功率，進而實現(xiàn)風(fēng)電機組的頻率穿越功能，且提供對電網(wǎng)頻率緊急調(diào) 節(jié)的支撐作用。
[0033]以下將結(jié)合附圖對本方案中的直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組頻率穿越方法和裝置進行詳細 說明。
[0034]實施例一
[0035]圖5為本發(fā)明提供的直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組頻率穿越方法一個實施例的方法流程圖。[0036] S510,實時檢測電網(wǎng)的頻率。
[0037] S520,若電網(wǎng)的頻率超出頻率控制死區(qū)的上、下限閾值，則控制設(shè)置在直流母線上 的儲能模塊進行充放電來調(diào)整所述逆變器輸出至電網(wǎng)的有功功率，使電網(wǎng)的頻率回歸預(yù)定 頻率范圍。
[0038]根據(jù)表1中，國標GB/T19963-2011關(guān)于風(fēng)電運行頻率適應(yīng)性的技術(shù)要求所示:在 電力系統(tǒng)頻率處于49.5Hz~50.2Hz，風(fēng)電機組為正常連續(xù)運行，而當(dāng)小于49.5Hz或大于 50.2Hz時要求風(fēng)電機組具有運行固定時間段的能力。該固定時間段即為